CN115552220A - 光学测定装置以及水质分析系统 - Google Patents

Abstract

实现小型化，并且在采用基于各国的水质基准的浊度测定方式的同时也高精度地测定色度和浊度。通过测定由液体样品散射的散射光来测定液体样品的浊度的光学测定装置包括：样品池，其收纳液体样品；透过光测定用光源，其对样品池内的液体样品照射透过光测定用的光；散射光测定用光源，其对样品池内的液体样品照射散射光测定用的光；光检测器，其检测透过光测定的光的透过光以及散射光测定用的光的散射光；以及反射镜，其将透过光测定用的光在样品池内进行反射而朝向光检测器，散射光测定用光源以朝向反射后的光路并与该反射后的光路以预定的角度相交的方式射出散射光测定用的光，所述反射后光路为被反射镜反射而朝向光检测器的透过光测定用的光的光路。

Description

光学测定装置以及水质分析系统

技术领域

本发明涉及测定液体样品的色度和浊度的光学测定装置以及具备该光学测定装置的水质分析系统。

背景技术

作为测定色度和浊度的光学测定装置(以下称为色度浊度测定装置)，如专利文献1所示，已知有检测透过液体样品的透过光来测定色度和浊度的装置。

在将该色度浊度测定装置用于例如作为自来水而被供给的净水和/或来自工厂的排水的水质管理的情况下等，不仅要求测定色度和浊度，从水质限制的观点出发，有时还要求同时测定残留氯、PH、导电率等其他水质指标。

因此，为了容易将色度浊度测定装置与测定其他水质指标的多个光学测定装置一起使用，谋求将色度浊度测定装置小型化。在此，为了使色度浊度测定装置小型化，考虑到缩小收纳液体样品的样品池。

然而，如果使样品池变小，则导致光源与光检测器之间的光路长度变短。若如此，则导致相对于色度和浊度的变化的透过光强度的变化变小，分辨率变差，而存在测定精度降低的问题。

另外，为了符合各国的水质基准，有时要求利用预定的角度下的散射光来测定浊度，在上述色度浊度测定装置中，无法进行符合水质基准的测定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-50335号公报

发明内容

技术问题

本发明是鉴于上述那样的问题而完成的，其主要课题在于，实现小型化，并且在采用基于各国的水质基准的浊度测定方式的同时也高精度地测定色度和浊度。

技术方案

即，本发明的光学测定装置是一种通过测定由液体样品散射的散射光来测定所述液体样品的浊度的光学测定装置，所述光学测定装置具备：样品池，其收纳所述液体样品；透过光测定用光源，其对所述样品池内的所述液体样品照射透过光测定用的光；散射光测定用光源，其对所述样品池内的所述液体样品照射散射光测定用的光；光检测器，其检测所述透过光测定用的光的透过光以及所述散射光测定用的光的散射光；以及反射镜，其设置于所述样品池，并将所述透过光测定用的光在所述样品池内反射而朝向所述光检测器，所述散射光测定用光源以朝向反射后光路并与该反射后光路以预定的角度相交的方式射出所述散射光测定用的光，所述反射后光路为被所述反射镜反射而朝向所述光检测器的所述透过光测定用的光的光路。

根据这样的光学测定装置，则将从透过光测定用光源射出的透过光测定用的光被反射镜反射而使其朝向光检测器，因此即使在使样品池小型化的情况下，也能够确保样品池内的透过光测定用的光的光路长度。其结果是，对于例如自来水等净化后的水的色度或浊度，也能够通过透过光测定高精度地进行测定。

另外，散射光测定用光源使散射光测定用的光朝向透过光测定用的光的反射后光路并与该反射后光路以预定的角度相交的方式射出，因此，光检测器检测散射光测定用的光的预定的角度下的散射光。在此，由于将散射光测定用的光朝向反射后光路射出，因此能够缩短浊度测定地点与光检测器之间的距离。其结果是，能够使由液体样品散射的预定角度的散射光在衰减之前被光检测器检测出来，并能够高精度地测定液体样品的浊度。

为了进一步实现作为光学测定装置整体的小型化，优选所述透过光测定用光源、散射光测定用光源，以及所述光检测器设置于所述样品池。

为了缩短透过光测定用的光的反射后光路中的浊度测定地点与散射光测定用光源之间的光路长度，抑制散射光测定用的光的衰减，并且产生预定角度的散射光，优选所述散射光测定用光源在所述样品池中设置于所述反射后光路侧。

在将浊度测定用光源和光检测器设置于样品池的情况下，在样品池的内部空间中来自散射光测定用光源的光直接被光检测器检测到，有可能使测定精度降低。

为了适当地解决该问题，提高浊度测定的精度，优选在所述样品池的内表面，在前散射光度测定用光源与所述光检测器之间形成有突起部，该突起部抑制从所述散射光测定用光源射出的所述浊度测定用的光直接入射到所述光检测器。

在导入有液体样品的样品池的情况下，有可能在样品池内滞留有气泡而使测定精度降低。为了防止由该气泡引起的测定精度的降低，优选采用在所述样品池的下端部形成有导入所述液体样品的导入口，在所述样品池的上端部形成有导出所述液体样品的导出口的构成。

即使在设为该构成的情况下，气泡也会附着或滞留在导出口或其附近，由该气泡引起的散射光成为测定误差的主要原因。因此，本发明的光学测定装置优选以所述散射光测定用光源和所述光检测器以夹着所述导出口的方式配置，所述突起部形成于所述导出口与所述散射光测定用光源之间。根据该构成，即使在导出口或其附近附着或滞留有气泡的情况下，也能够抑制散射光测定用的光通过气泡而散射，从而能够防止浊度测定的精度的降低。

另外，优选本发明的光学分析装置构成为，所述样品池的内表面中的与所述散射光测定用光源对置的面不使所述散射光测定用的光朝向所述光检测器反射。

根据该构成，能够防止散射光测定用的光中的预定的角度的散射光以外的光被光检测器检测到，从而提高浊度测定的精度。

发明效果

根据本发明，能够实现小型化，并且在采用基于各国的水质基准的浊度测定方式的同时能够高精度地测定浊度和色度。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的水质分析系统的示意图。

图2是本实施方式的色度浊度测定装置的俯视示意图。

图3是从侧方观察本实施方式的色度浊度测定装置的剖面示意图。

符号说明

100 水质分析系统

1 色度浊度测定装置

2 样品池

P1 导入口

P2 导出口

2T 突起部

3 色度测定用光源

4 浊度测定用光源

5 光检测器

8 反射镜

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的一个实施方式进行说明。

本实施方式的光学测定装置1是对液体样品的色度和浊度进行光学性地测定的色度浊度测定装置1。如图1所示，该色度浊度测定装置1是组装于水质分析系统100而进行使用的装置，该水质分析系统100例如设置在将在净水场净化而得的水向各家庭分配的供水管末路等而对上水道中流动的水的水质变化进行监视。

应予说明，在水质分析系统100中，除了色度浊度测定装置1以外，还可以包括例如测定液体样品的残留氯浓度的残留氯浓度测定装置、测定液体样品的导电率的导电率测定装置、测定液体样品的pH的pH测定装置、压力传感器或温度传感器等。

色度浊度测定装置1具有用于测定色度的色度测定光学系统以及用于测定浊度的浊度测定光学系统。

具体而言，色度浊度测定装置1具有：样品池2，其收纳液体样品；透过光测定用光源3(以下，也称为色度测定用光源3)，其对收纳于样品池2内的液体样品照射透过光测定用的光(以下，也称为色度测定用的光)；散射光测定用光源4(以下，也称为浊度测定用光源4)，其对收纳于样品池2内的液体样品照射散射光测定用的光(以下，也称为浊度测定用的光)；以及光检测器5，其检测从色度测定用光源3射出并透过液体样品的透过光L1以及从浊度测定用光源4射出并通过液体样品而散射的散射光L2。作为来自光检测器5的输出的光强度信号被输出到计算部6，利用该计算部6而计算出液体样品的色度和浊度。由计算部6计算出的色度和浊度被显示于显示部7。也可以还具备控制这些各构成要素的动作的控制部11。应予说明，计算部6和/或控制部11使用具有例如CPU、存储器、输入输出接口、AD转换器等的计算机而构成。

样品池2在内部具有贮存液体样品的贮存空间2S，所述样品池2具备向贮存空间2S导入液体样品的导入口P1、以及从该贮存空间2S向外部导出液体样品的导出口P2。

具体而言，如图2所示，样品池2是在内部形成大致平板形状的贮存空间2S的例如呈扁平的外观形状的部件。而且，导入口P1形成于样品池2的下端部，从贮存空间2S的下端导入液体样品。另外，导出口P2形成于样品池2的上端部，从贮存空间2S的上端导出液体样品。应予说明，导入口P1在样品池2的下端中央部朝向上方开口，导出口P2在导入口P1的正上方朝向侧方开口，但不限于此。

另外，形成有导出口P2的部分的样品池2的上表面以朝向导出口P2的出口而逐渐向上倾斜的方式设置。

色度测定用光源3设置于样品池2，射出容易被收纳于样品池2的液体样品吸收的波长带的光(色度测定用的光)。该色度测定用光源3射出例如200nm以上且400nm以下的波长带的光。在本实施方式中，作为一例，使用射出375nm的波长的光的LED而构成。

浊度测定用光源4设置于样品池2，射出通过收纳于样品池2的液体样品而容易散射的波长带的光(浊度测定用的光)。该浊度测定用光源4射出例如600nm以上且900nm以下的波长的光，更优选射出830nm以上且890nm以下的波长的光。在本实施方式中，作为一例，使用射出870nm的波长的光的LED而构成。

光检测器5设置于样品池2，与色度测定用光源3一起构成色度测定光学系统，并且与浊度测定用光源4一起构成浊度测定光学系统。具体而言，如图2所示，光检测器5检测从色度测定用光源3射出并透过贮存空间2S内的液体样品后的透过光L1，并且检测从浊度测定用光源4射出并通过贮存空间2S内的液体样品而散射后的散射光L2。在本实施方式中，色度测定用光源3和浊度测定用光源4交替点亮，因此光检测器5交替检测色度测定用的光的透过光L1和浊度测定用的光的散射光L2。该光检测器5例如能够使用光电二极管而构成。

而且，本实施方式的色度浊度测定装置1还具备反射镜8作为色度测定光学系统，该反射镜8设置于样品池2，将从色度测定用光源3射出的光反射而导向光检测器5。

接着，对样品池2中的色度测定用光源3、浊度测定用光源4、光检测器5和反射镜8的光学配置以及其样品池2的结构进行说明。

色度测定用光源3和光检测器5在样品池2中设置于同一侧(在图2中为左侧)。具体而言，色度测定用光源3和光检测器5设置于样品池2的左侧壁部，色度测定用光源3配置为沿着贮存空间2S的长边方向照射色度测定用的光，光检测器5配置在比色度测定用光源3靠上方的位置。应予说明，在样品池2形成有用于将来自色度测定用光源3的色度测定用的光导入贮存空间2S的导入孔H1，并且形成有用于使光检测器5检测色度测定用的光的透过光L1和浊度测定用的光的散射光L2的检测孔H2。

另外，反射镜8以在样品池2中与色度测定用光源3对置的方式设置于与色度测定用光源3相反的一侧(在图2中为右侧)。具体而言，反射镜8设置于样品池2的右侧壁部，并且以在贮存空间2S的内表面露出的方式设置。在此，反射镜8以使色度测定用的光朝向光检测器5的角度配置，由该反射镜8反射的色度测定用的光在沿着贮存空间2S的长边方向通过后被光检测器5检测出来。

通过上述配置，在色度测定光学系统中，如图2所示，在从色度测定用光源3至光检测器5之间形成有色度测定用光路LP。该色度测定用光路LP由从色度测定用光源3至反射镜8为止的反射前的光路LP1(反射前光路LP1)、以及从反射镜8至光检测器5为止的反射后的光路LP2(反射后光路LP2)构成。

另一方面，浊度测定用光源4配置为以朝向色度测定用的光的反射后光路LP2并与该反射后光路LP2以预定的角度(θ)相交的方式射出浊度测定用的光。在本实施方式中，θ为90度。具体而言，浊度测定用光源4在样品池2中配置于反射后光路LP2侧。在此，浊度测定用光源4沿着由反射前光路LP1和反射后光路LP2形成的平面射出光。更详细而言，设置于样品池2的上壁部。应予说明，在样品池2的上壁部形成有导入孔H3，该导入孔H3用于将来自浊度测定用光源4的浊度测定用的光导入贮存空间2S。

通过配置该浊度测定用光源4而使光检测器5的检测轴与浊度测定用光源4的光轴以预定的角度(θ)相交(正交)。另外，浊度测定用的光的90度散射光L2的光轴与光检测器5的检测轴(反射后光路LP2)一致。

另外，在上述的配置中，浊度测定用光源4和光检测器5以夹着导出口P2的方式配置。在此，为了使来自浊度测定用光源4的光不直接被光检测器5检测到，而在导出口P2与浊度测定用光源4之间形成有突起部2T。该突起部2T通过使形成贮存空间2S的内表面向内侧突出而形成。本实施方式的突起部2T以从贮存空间2S的上表面朝向下方突出的方式设置，整体形成为曲面。

另外，贮存空间2S的内表面中的与安装有浊度测定用光源4的面对置的面以不使从浊度测定用光源4射出的光朝向光检测器5反射的方式构成。在本实施方式中，与安装有浊度测定用光源4的面对置的面相当于贮存空间2S的底面。因此，在本实施方式中，将该底面设为不使来自浊度测定用光源4的光朝向光检测器5反射的角度和形状。另外，在本实施方式中，以使被如此地形成的底面反射的光朝向色度测定用光源或浊度测定用光源的方式，将来自浊度测定用光源的光相对于底面的入射角设定为预定的角度。

本实施方式的色度浊度测定装置1也可以还具备去除机构9，该去除机构9将对导入孔(H1、H3)和/或检测孔H2与贮存空间2S内进行分隔的窗和反射镜8的与贮存空间2S内的液体样品接触的面上的附着物等去除。

例如如图3所示，去除机构9具备擦拭器91和驱动该擦拭器91的驱动部92。

擦拭器91例如具备弹性部件，该弹性部件与将导入孔(H1、H3)和/或检测孔H2与贮存空间2S内分隔的窗和反射镜8的样品溶液侧的面接触，并对它们进行擦拭。

该擦拭器91例如为沿着贮存空间2S的内部形状的形状，如图3所示，该擦拭器91配置于贮存空间2S的一端侧，并且构成为在测定与测定的间歇等，通过从驱动部92传递的动力而沿着贮存空间2S的内表面且在图3中沿前后方向上移动至另一端。

根据如此地构成的色度浊度测定装置1，由于具备将来自光源的光在样品池2内反射而导向光检测器5的反射镜，因此即使在使样品池2小型化的情况下，也能够充分确保样品池2内部的透过光L1的透过距离。其结果是，对于例如自来水等被净化后的水的色度也能够高精度地进行测定。

浊度测定用光源4以与光检测器5相邻的方式配置于反射后光路LP2侧，并且以朝向色度测定用的光的反射后光路LP2，并相对于该反射后光路LP2正交的方式射出。因此，在由光检测器5检测浊度测定用的光的90度散射光L2的情况下，能够缩短从浊度测定用光源4到反射后光路LP2上的浊度测定地点为止的距离以及从浊度测定地点到光检测器5为止的距离。其结果是，能够抑制浊度测定用的光在到达浊度测定地点之前衰减。另外，在浊度测定地点，通过液体样品而被散射的光能够在衰减之前被光检测器5捕捉。此外，在浊度测定地点散射的光在向各方向扩散之前进入光检测器5，因此能够利用光检测器5检测更多的光。

其结果是，能够高精度地测量液体样品的浊度。

导出口P2形成于贮存空间2S的上端，形成有导出口P2的部分的样品池2的上表面以朝向导出口P2的出口而逐渐向上倾斜的方式设置，因此，即使在液体样品中含有气泡，也容易将气泡向贮存空间2S的外部排出。

色度测定用光源3沿着贮存空间2S的长边方向射出光，反射镜8将来自色度测定用光源3的光沿着所述长边方向反射而导向所述光检测器5，因此能够尽可能地延长色度测定用的光路LP。

由于色度测定用光源3、光检测器5和浊度测定用光源4全部设置于样品池2，因此能够节省调整色度测定用光源3、光检测器5以及浊度测定用光源4相对于样品池2的位置关系的时间。另外，例如，能够使色度浊度测定装置1安装于水质分析系统等情况下的安装作业简单化。

由于能够将所述色度测定用光源3、光检测器5和浊度测定用光源4排列配置于相同的面上，因此尽可能节省无用的空间，易于与其他测定装置一同使用。

由于在浊度测定用光源4与光检测器5之间形成有突起部2T，因此能够抑制从浊度测定用光源4射出的光直接入射到光检测器5，从而能够提高浊度测定的精度。

由于突起部2T设置于所述导出口P2与浊度测定用光源4之间，因此即使在导出口P2积存有气泡，也能够抑制来自浊度测定用光源4的光照射到该气泡而散射，从而能够进一步减少对色度测定和/或浊度测定的噪声。

突起部2T整体形成为曲面，因此能够抑制角的形成，能够抑制因光在角的部分反射而导致的对色度测定和/或浊度测定的噪声。

与浊度测定用光源4对置的面即贮存空间2S的底面形成为使从浊度测定用光源4射出的光不朝向光检测器5反射的角度和形状，并且以使被底面反射的光朝向色度测定用光源或浊度测定用光源的方式，将来自浊度测定用光源的光相对于底面的入射角设定为预定的角度，因此能够抑制被底面反射的来自浊度测定用光源4的光被光检测器5检测到，从而能够抑制对浊度测定的不良影响。

由于具备将对导入孔(H1、H3)和/或检测孔H2与贮存空间2S内进行分隔的窗以及将反射镜8的与贮存空间2S内2S的液体样品接触的面的污垢去除的去除机构9，因此即使不将样品池拆解而对窗和反射镜8进行清扫，也能够抑制因污垢附着于它们的表面而导致的色度测定和浊度测定的误差。

由于将擦拭器91的形状设为沿着贮存空间2S的内部形状的形状，因此能够以尽可能简单的构成来去除窗和反射镜8的与贮存空间2S内的液体样品接触的面的污垢。由于仅设置一个擦拭器91，因此与设置多个擦拭器91的情况相比，能够使光学测定装置整体小型化。

本发明不限于上述实施方式。

例如，如果设为在浊度测定用光源与贮存空间之间具备聚光透镜，则能够使从浊度测定用光源射出的光聚光于反射后光路LP2上。其结果是，即使不设置突起部，也能够与存在突起部的情况同样地，不使来自浊度测定用光源的光直接被光检测器检测到。其结果是，即使不形成突起部，也能够提高浊度的测定精度。

在上述实施方式中，虽然在色度测定用光源的上方设置了光检测器，但也可以将色度测定用光源配置于光检测器的上方，还可以根据样品池和/或贮存空间的形状，将光检测器配置于色度测定用光源的侧方。

另外，反射镜的位置只要是能够使来自色度测定用光源的光朝向光检测器反射的位置即可，也可以将它们一并进行适当地变更。

关于浊度测定用光源的配置，只要是反射后光路侧且能够照射与该反射后光路LP2垂直的光的位置，就可以适当变更。

浊度测定用光源虽然优选配置于反射后光路侧能够进一步缩短浊度测定用光源与光检测器之间的距离，但即使将浊度测定用光源配置于反射前光路侧也能够充分地测定浊度。

色度测定用光源、浊度测定用光源、光检测器不一定需要设置于样品池，也可以将它们与样品池分离地配置。

在上述实施方式中，对通过测定透过了液体样品的透过光来测定液体样品的色度的情况进行了说明，但不限于此，例如，如果变更透过光测定用光源的波长等，则也能够通过测定透过光来测定液体样品的浊度。

在所述实施方式中，对所述散射光浊度测定用光源为90度散乱方式进行了说明，但该角度也可以采用基于各国的水质基准决定的预定的角度θ，例如为60度、120度、150度等，所述90度散乱方式是指以与所述反射后光路正交的方式射出所述散射光浊度测定用的光。

水质分析系统不限于配置于供水管末路的系统，例如，可以配置于净水场的末端，也可以设置于在净水场被净化前或净化中途的流路等。还可以用于河水、海水、工厂排水等各种水质监测。

色度浊度测定装置不一定必须要与其他测定装置组合使用，也可以单独使用。

只要不违反本发明的主旨，也可以进行各种变形、实施方式的组合。

产业上的可利用性

根据本发明，能够实现小型化，并且在采用基于各国的水质基准的浊度测定方式的同时也能够高精度地测定色度和浊度。

Claims (10)

1.一种光学测定装置，其特征在于，通过测定由液体样品散射的散射光来测定液体样品的浊度，

所述光学测定装置具备：

样品池，其收纳所述液体样品；

透过光测定用光源，其对所述样品池内的所述液体样品照射透过光测定用的光；

散射光测定用光源，其对所述样品池内的所述液体样品照射散射光测定用的光；

光检测器，其检测所述透过光测定用的光的透过光以及所述散射光测定用的光的散射光；以及

反射镜，其设置于所述样品池，并将所述透过光测定用的光在所述样品池内反射而朝向所述光检测器，

所述散射光测定用光源以朝向反射后光路并与该反射后光路以预定的角度相交的方式射出所述散射光测定用的光，所述反射后光路为被所述反射镜反射而朝向所述光检测器的所述透过光测定用的光的光路。

2.根据权利要求1所述的光学测定装置，其特征在于，

所述预定的角度为90度或60度。

3.根据权利要求1或2所述的光学测定装置，其特征在于，

通过测定所述透过光来测定所述液体样品的色度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学测定装置，其特征在于，

所述透过光测定用光源、所述散射光测定用光源以及所述光检测器设置于所述样品池。

5.根据权利要求4所述的光学测定装置，其特征在于，

所述散射光测定用光源在所述样品池中设置于所述反射后光路侧。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学测定装置，其特征在于，

在所述样品池的内表面，在所述散射光测定用光源与所述光检测器之间形成有突起部，所述突起部抑制从所述散射光测定用光源射出的所述散射光测定用的光直接入射到所述光检测器。

7.根据权利要求6所述的光学测定装置，其特征在于，

在所述样品池的下端部形成有导入所述液体样品的导入口，在所述样品池的上端部形成有导出所述液体样品的导出口，

所述散射光测定用光源和所述光检测器以夹着所述导出口的方式配置，

所述突起部形成于所述导出口与所述散射光测定用光源之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学测定装置，其特征在于，

所述样品池的内表面中的与所述散射光测定用光源对置的面以不使所述散射光测定用的光朝向所述光检测器反射的方式构成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学测定装置，其特征在于，

所述光学测定装置还具备聚光透镜，所述聚光透镜使从所述散射光测定用光源射出的所述散射光测定用的光聚光于所述反射后的光路上。

10.一种水质分析系统，其特征在于，

具备权利要求1至9中任一项所述的光学测定装置。

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